THIẾT kế và CHẾ tạo máy lát GẠCH lớp mặt PHỤC vụ xây DỰNG các CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY LÁT GẠCH LỚP MẶT PHỤC VỤ XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Bùi Văn Trầm, Nguyễn Xuân Hòa, Đỗ Hữu Tuấn Trường Đại học Công nghệ GTVT TÓM TẮT: Ở nước ta hiện na

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY LÁT GẠCH LỚP MẶT PHỤC VỤ XÂY

DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Bùi Văn Trầm, Nguyễn Xuân Hòa, Đỗ Hữu Tuấn

Trường Đại học Công nghệ GTVT

TÓM TẮT:

Ở nước ta hiện nay, mặt đường lát gạch bê

tông đã được ứng dụng nhưng chưa nhiều Bên

cạnh đó ở các nước phát triển như Anh, Mỹ, Đức,

Hà Lan và các nước trong khu vực như Singapor,

Malaysia,… lại sử dụng loại mặt đường lát gạch

rất phổ biến do có nhiều ưu điểm nổi bật về khả

năng chịu lực, chống nứt, độ nhám, khả năng

thoát nước và tính thẩm mỹ

Khi khối lượng thi công lớn, việc áp dụng

phương pháp thủ công không còn phù hợp Từ

yêu cầu đó phải nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phục vụ công việc lát gạch mặt đường, nhằm nâng cao chất lượng, tiến độ và hiệu quả kinh tế Bài báo này trình bày nội dung nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy lát gạch lớp mặt, được chế tạo hoàn toàn trong nước, tận dụng được năng lực con người và tiềm năng cơ khí trong nước, đáp ứng nhu cầu thi công công nghệ mặt đường mới

Từ khóa: thiết bị lát gạch, máy lát gạch mặt đường, đường lát gạch, thiết kế máy lát gạch, chế tạo

máy lát gạch,…

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những năm gần đây, loại mặt đường

lát được nghiên cứu và áp dụng có hiệu quả ở

nhiều nước như Mỹ, Anh và nhất là ở Hà Lan

Loại mặt đường này hiện nay có chi phí xây dựng

ban đầu khá cạnh tranh, đồng thời so với mặt

đường cứng bê tông xi măng và mặt đường mềm

bê tông nhựa truyền thống, mặt đường lát gạch

lại đạt được những ưu điểm nổi bật về khả năng

chịu lực, chống nứt, độ nhám và khả năng thoát

nước Đặc biệt, mặt đường lát còn dễ dàng duy

tu, bảo dưỡng và tận dụng gần như hoàn toàn khi

đại tu hoặc nâng cao đường cũ

Ở nước ta, việc thi công mặt đường gạch lát

chủ yếu là phương pháp thủ công Cho nên để

nâng cao chất lượng và đẩy nhanh tiến độ thi

công thì cần phải cơ giới hóa quá trình lát gạch

Tuy nhiên hiện nay trong nước chưa có cơ sở nào chế tạo máy rải gạch lát này, mà phải nhập khẩu thiết bị này với giá thành cao Vì vậy, nhu cầu thiết kế chế tạo máy rải gạch lát bằng nguồn lực trong nước là rất cần thiết

2 THIẾT KẾ TỔNG THỂ MÁY

Trên thế giới, nhiều hãng chế tạo thiết bị lát gạch đã cho ra đời nhiều chủng loại với tính năng

kỹ thuật cũng như mức độ hiện đại khác nhau Có thể kể tới sản phẩm TIGER STONE của Hà Lan, TÉGLAKÓ của Hungary, hãng GAIFENG của Trung Quốc, hãng ONRUST của Australia,… Cụ thể sản phẩm DY-6 Tiger Stone của Hà Lan có thể điều chỉnh được kích thước vệt rải từ 3 ÷ 6 m, năng suất đạt từ 500 ÷ 1000 m2

/ca Tác giả lựa chọn phương án thiết kế chế tạo là máy rải gạch mặt trượt

Hỡnh 2 Cỏc phương ỏn thiết kế mỏy Sau khi phõn tớch đỏnh giỏ ưu nhược điểm và

tựy theo điều kiện thực tế tại Việt Nam, nhúm tỏc

giả lựa chọn phương ỏn thiết kế chế tạo của

mỏy lỏt gạch kiểu mặt trượt, nguồn dẫn động là động cơ đốt trong, cơ cấu di chuyển bỏnh xớch,

bộ cụng tỏc mặt trượt với vệt rải thay đổi được

Hỡnh 3 Mụ hỡnh mỏy lỏt gạch bờ tụng dựng để thiết kế chế tạo

1 - Bộ mỏy di chuyển;

3 - Lưỡi san gạt đất cỏt;

4 - Cụm điều khiển;

5 - Mặt nghiờng trượt gạch;

7 - Phễu chứa gạch;

9 - Dóy con lăn kẹp khớt

và dẫn gạch

Bảng 1 Thụng số kỹ thuật của mỏy rải gạch mặt trượt cần tớnh toỏn thiết kế và chế tạo

TT TấN GỌI THễNG SỐ KỸ THUẬT

1 Cụng suất động cơ: 15 HP

2 Trọng lượng mỏy: 1,8 tấn

3 Kớch thước bao khi mỏy làm việc: DxRxC = 2,4m x 3,0m x 1,65m

4 Bề rộng vệt rải tối đa: 2,75 m

5 Tốc độ lỳc mỏy lỏt: 0  2 m/phỳt

6 Tốc độ di chuyển: 0  5 km/h

7 Gúc nghiờng rải: 500

8 Năng suất rải lớn nhất: 330 m2/h

9 Tổng trọng lượng gạch trờn mỏy: 1,7 tấn

10 Loại gạch rải: bỏt giỏc;… Hỡnh vuụng; chữ nhật; zớc zắc; lục giỏc;

Chiều dầy gạch từ (48 - 60) mm

11 Hệ thống điều khiển Điều khiển cơ khớ

12 Hệ thống truyền động Truyền động cơ khớ

Nguồn động lực

Động cơ đốt trong

Động cơ điện

Động cơ thủy lực

Bộ di chuyển Bánh lốp

Bánh xích Gầm chuyên dùng

Hệ thống đ.khiển

Điều khiển cơ khí

Điều khiển điện

Đ.khiển thủy lực

Hệ thống tr.động Tr.động cơ khí

Truyền động điện

Tr.động thủy lực

Má Y Rả I Gạ CH BLOCK

Bộ công tác

Cánh tay rô bốt Mặt tr-ợt Thay đổi đ-ợc Không thay đổi

Thân máy Lắp ghép

Liền khối

Hệ thống san gạt Có

Không

Thay đổi đ-ợc Không thay đổi Góc nghiêng rải

Vệt rải

Hình 4 Dây chuyền thiết bị thi công lớp gạch lát

1 - Máy san gạt nền 4 - Máy bốc xúc cấp gạch

2 - Máy lu lèn 5 - Máy rải và san cát đặc biệt chèn khe

3 - Máy rải gạch block 6 - Máy đầm tạo độ phẳng mặt lát

3 THIẾT KẾ CHI TIẾT VÀ CỤM MÁY

3.1 Tính toán thiết kế cơ cấu di chuyển xích

Theo điều kiện kéo – bám – cản theo [3]:

W ≤ Pk < Pb (1)

Trong đó:

W - tổng các lực cản tác dụng lên cơ cấu di

chuyển bánh xích, (kN);

Pk - lực kéo tiếp tuyến của máy rải gạch lát nền;

được xác định theo điều kiện: Pk ≥ W (kN); tính

chọn Pk = 16 kN; Pb - lực bám của cơ cấu di

chuyển với mặt nền rải gạch, Pb = 16,8 (kN)

Tổng các lực cản W được xác định theo

công thức:

W = Wn + Wv + Wf ± Wi + Wq + Wk +

+ Wg + Wu + Wbdn (kN) (2)

Trong đó: Wn - nội lực cản trong cơ cấu di

chuyển bánh xích (kN); Wv - lực cản quay vòng

của cơ cấu di chuyển bánh xích (kN); Wf - lực

cản lăn (kN);

Wi - lực cản do độ dốc của mặt nền rải gạch tạo

ra (kN); Wq - lực cản quán tính khi máy rải gạch

di chuyển có gia tốc (kN); Wk - lực cản gió khi

máy rải gạch di chuyển gặp gió lớn (kN); Wg - lực cản do ma sát của gạch trượt trên mặt trượt (kN); Wu - lực cản do lưỡi ủi làm việc đồng thời (kN);

Wbdn - lực cản do nền biến dạng (kN)

W = Wn + Wv + Wf ± Wi + Wq + + Wk + Wg + Wu + Wbdn

= 1,78 + 1,68 + 3,36 + 0,049 + 0,08 + + 1,76 + 1,77 + 1,56 + 2,8 = 14,77 kN Kiểm tra lại điều kiện kéo bám cản, ta có:

16 > 14,5 và 16 < 16,8 hay Pk > W và Pk <

Pb => thỏa mãn điều kiện

3.2 Tính toán thiết kế kết cấu thép của máy rải

Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn trên phần mềm SAP2000 và khai báo đầy đủ các thông số điều kiện ban đầu cho kết cấu thép của tất cả các bộ phận trên máy rải, cuối cùng ta lựa chọn mặt cắt tiết diện và chủng loại vật liệu hợp

lý cho kết cấu Kiểm tra bền đều thỏa mãn

Hình 5 Kết cấu thép hoàn thiện của máy trên phần mềm SAP2000

1 2 3 4

5 6

Hướng thi công

Hình 7 Biểu đồ mômen đã gán mặt cắt và kết cấu thép CT3 mặt cắt 40x40x3 của tầng trên

Hình 8 Biểu đồ mômen đã gán mặt cắt và kết cấu thép CT3 40x40x3 của khung đỡ khoang gạch

Hình 9 Biểu đồ mômen đã gán mặt cắt và kết cấu thép CT3 ø 16x1 của khung đỡ khoang gạch

3.3 Tính toán lựa chọn nguồn động cơ

Công suất động cơ của máy rải gạch được

xác định theo tài liệu [1]:

tl

P v N

1000.η

 , kW (1.3)

Trong đó:

Pk - lực kéo tiếp tuyến, Pk = 16000 (N); vlv -

vận tốc di chuyển khi làm việc của máy rải gạch,

(m/s); trong thực tế, máy rải gạch làm việc với

tốc độ chậm khoảng 1 ÷ 10 m/p

Ta tính cho vlv = 10 m/p = 0,167 m/s

ηtl – hiệu suất hệ thống truyền lực của máy,

thường ηtl = 0,7 ÷ 0,9

k lv

ct

tl

P v 16000.0,167

1000.η 1000.0,7

Để thuận lợi theo thực tế, đồng thời đáp ứng đủ công suất cho việc cải tiến mở rộng vệt rải, tăng khối lượng toàn máy khi làm việc, lai dẫn các hoạt động khác thì ta có thể lựa chọn động cơ có công suất lớn hơn

Ta chọn động cơ diesel D15 có hệ thống làm mát bằng nước, hệ thống khởi động và phun dầu trực tiếp, công suất động cơ 15 kW Chọn mức công suất 6,6 kW để tính toán thiết kế hệ thống truyền lực

3.4 Tính toán thiết kế hệ thống truyền lực

Tính toán thiết kế từng cơ cấu trong hệ thống truyền lực theo tài liệu [1] Gồm bộ truyền đai thang thứ nhất, hộp giảm tốc trục vít, bộ truyền đai thang thứ hai, hộp số liền truyền lực cuối

(Hình 10)

Hình 10 Sơ đồ hệ thống truyền lực máy rải gạch

Bảng 2 Thông số chính của các bộ truyền

Hình 11 Tổng thể kết cấu khung gầm

Đường truyền mômen của các tay số

Số 1: 4:10 - 7:11 - 12:13- 14:15 - 14:15;

Số 2: 2:6 - 7:11 - 12:13- 14:15 - 14:15;

Số 3: 3:9 - 7:11 - 12:13- 14:15 - 14:15; Lùi: 1:5 - 6:7 - 7:11 - 12:13- 14:15 - 14:15;

Hình 12 Sơ đồ động học hộp số liền truyền lực

cuối cùng

3.5 Tính toán thiết kế hệ thống điều khiển khác

- Cơ cấu quay vòng của máy rải gạch dùng

ly hợp lò xo kết hợp để ngắt và truyền mômen đến hai bánh sao chủ động, tạo độ chênh lệch tốc độ di chuyển của hai bên dải xích cao su, từ

đó thực hiện quay vòng máy

- Cơ cấu điều khiển tiến lùi, điều khiển mức

ga của động cơ cũng như các cơ cấu điều khiển khác trên máy rải gạch đều được tính toán thiết

kế đảm bảo hoạt động tốt, tuổi thọ cao, độ tin

1

2

3

4

5

7 6

1- Động cơ;

2- Bộ truyền đai thứ nhất;

3- Bộ truyền trục vít;

4- Bộ truyền đai thứ hai;

5- Hộp số có bộ giảm tốc;

6- Bán trục; 7- Đĩa xích chủ động

Hình 13 Sơ đồ hệ thống điều khiển máy

1 - Động cơ Diesel; 2 - Sàn máy; 3 - Hộp số

và bộ ly hợp; 4 - Cần số; 5 - Cần lái trái - phải; 8 - Cần tăng giảm áp động cơ; 9 - Chìa khóa 6 - Cần điều chỉnh ga; 7 - Cần ly hợp;

Hình 3.10 Sơ đồ bố trí các tay điều khiển của hệ

thống điều khiển

4 CHẾ TẠO, VẬN HÀNH VÀ THỬ NGHIỆM MÁY RẢI GẠCH

4.1 Chế tạo cơ cấu di chuyển, máy cơ sở và kết cấu thép máy rải gạch

Hình 14 Chế tạo cơ cấu di chuyển, máy cơ sở và kết cấu thép

4.2 Chế tạo hệ thống truyền lực và hệ thống điều khiển máy

Hình 15 Chế tạo hệ thống truyền lực và điều khiển máy

4.3 Lắp tổng thể và vận hành thử nghiệm máy rải gạch mặt trượt

Hình 16 Lắp tổng thể và vận hành thử nghiệm máy rải gạch mặt trượt

4 5

6 7 8 5 9

5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5.1 Kết luận

- Kết quả nghiên cứu đã kết hợp có hiệu quả

giữa việc giải mã công nghệ với việc nghiên cứu

tính toán có cơ sở khoa học để tạo ra sản phẩm

nội địa mang bản sắc riêng, sản phẩm làm tăng

khả năng ứng dụng công nghệ mới vào thi công

mặt đường giao thông

- Các hồ sơ thiết kế được nghiên cứu, biên

soạn phù hợp với trình độ công nghệ trong nước,

phù hợp với trang thiết bị hiện có và trình độ gia

công của đội ngũ thợ hiện nay Điều đó đảm bảo

tính ổn định của các thông số thiết bị chủ yếu

cũng như chất lượng sản phẩm

5.2 Kiến nghị

Do có nhiều ưu điểm trong thi công và khai

thác mặt đường lát, đề nghị cơ quan chủ quản

sớm xây dựng và ban hành quy trình thiết kế -

thi công và nghiệm thu mặt đường lát áp dụng cho đường cao cấp ở Việt Nam để sản phẩm sớm được ứng dụng vào thực tế

Đề nghị với Bộ GTVT và Trường Đại học Công nghệ GTVT ủng hộ việc sử dụng máy và thiết bị do nhóm nghiên cứu đã chế tạo để triển khai dự án sản xuất thử nghiệm cấp Bộ, để sản phẩm của đề tài trở thành thương phẩm góp phần vào việc nâng cao chất lượng và hiệu quả trong xây dựng mặt đường lát ở Việt Nam

Mặc dù thiết bị mới cơ giới hóa một phần công tác lát gạch, tuy nhiên để thiết bị thực sự hoàn thiện và mang hiệu quả thi công cao cần phải nghiên cứu phương án xếp gạch tự động lên mặt trượt cũng như hiện đại hóa tính công nghệ trên máy

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2010), Tính toán

thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Nhà xuất bản

Giáo dục;

[2] Nguyễn Văn Hợp, Phạm Thị Nghĩa (1996),

Kết cấu thép máy xây dựng, Nhà xuất bản

GTVT;

[3] Lưu Bá Thuận (2010), Tính toán máy thi công

đất, NXB Xây dựng;

[4] UBND TP Hà Nội, Thiết kế mẫu hè đường đô

thị trên địa bàn thành phố Hà Nội, tháng

8/2014;

[5] Phạm Minh Phúc (2010), Nghiên cứu tính

toán kết cấu mặt đường bê tông gạch lát và khả năng ứng dụng cho điều kiện Việt Nam Luận văn thạc sĩ khoa học kĩ thuật, Trường đại

học Giao thông vận tải;

[6] Đào Văn Đông (2011), Nghiên cứu ứng dụng

mặt đường bán mềm xây dựng mặt đường cấp cao ở Việt Nam, Tạp chí GTVT, tháng 5/2011;

[7] Paving machine: Tiger stone;

[8] RD/GN/044 - 2014: Design and construction

of pavements with paving units, Hong Kong

10/2014;

DESIGN AND MANUFACTURE OF PAVER LAYING BRICK MACHINE

FOR THE CONSTRUCTION OF TRAFFIC WORKS

ABSTRACT:

Now a day, in Viet Nam, concrete brick has

been used for road surface layer; however the

road is not common In addition, the developed

countries such as England, American, Germany,

Netherlands and Asian countries such as

Singapore, Malaysia use commonly road surface

paved concrete brick because the road surface

has many outstanding features, for example

bearing strength, crack resistance, roughness,

drainage capacity and aesthetics

When the volume of construction is large, the

application of manual methods is no longer

appropriate From that reason, it is necessary to research, design and manufacture machines for paving the road surface, in order to improve the quality, progress and economic efficiency

This paper presents the contents of research, design and manufacture of brick paving machine, made entirely in Viet Nam, making full use of human capacity and mechanical potentiality in Viet Nam, meeting to the construction demands of new road surface technology

Keywords: brick paving equipment, brick paving machine, brick paver laying road, design of brick paving

machine, manufacture of brick paving machine